Hamburg. Das beste Metronom der Welt hält den Takt auf zehn Attosekunden (das sind zehn trillionstel Sekunden) genau und ermöglicht damit Zeitlupenfilme aus der Welt der Moleküle und Atome. Das hat ein Team vom Hamburger Center for Free-Electron Laser Science (CFEL) und dem amerikanischen Massachusetts Institute of Technology (MIT) gezeigt. Das Metronom besteht aus speziellen Lasern und ist auf kurzen Zeitskalen der präziseste Taktgeber, den man kennt, schreiben die Forscher um Prof. Franz Kärtner vom Deutschen Elektronen-Synchrotron Desy im Fachblatt "Nature Photonics". Das CFEL ist eine Kooperation von Desy, der Max-Planck-Gesellschaft und der Universität Hamburg.

Erst der präzise Lasertakt ermöglicht Filme aus dem Nanokosmos, denn die Bewegung von Elektronen in Atomen und Molekülen findet typischerweise im Bereich von 100 Attosekunden bis einigen Femtosekunden (billiardstel Sekunden) statt. Kärtner: "Das ist in etwa die Zeitskala, auf der ein Elektron um den Wasserstoffatomkern kreist." Von neuartigen Lichtquellen, sogenannten Freie-Elektronen-Lasern, erhoffen sich Forscher detaillierte Einblicke in diese Prozesse. Freie-Elektronen-Laser wie die Anlage FLASH bei Desy oder der im Bau befindliche Europäische Röntgenlaser XFEL in Hamburg produzieren ultrakurze, enorm helle Pulse von UV- und Röntgenstrahlung. Mit diesen lassen sich Makroaufnahmen einzelner Atome und Moleküle gewinnen. Das Untersuchungsobjekt wird jedoch dabei auseinandergerissen.

Um also einen Zeitlupenfilm von molekularen Prozessen zu machen, muss man denselben Prozess viele Male mit neuen Proben wiederholen und jedes Mal ein wenig später ein Bild aufnehmen. Beim Verschieben der Belichtung um jeweils exakt dieselbe Zeitspanne nach hinten dienen die optischen Laser als Taktgeber.